變頻器畢業(yè)論文.doc

《變頻器畢業(yè)論文.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《變頻器畢業(yè)論文.doc（41頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

摘 要 近年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流傳動與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 眾所周知，變頻器是由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，產(chǎn)生無線電干擾電波，它們對周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動對象--電動機帶來不良的影響。所以，深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向，對我們的學(xué)習(xí)工作具有十分積極的意義。 關(guān)鍵詞： 變頻器；工作原理；發(fā)展前景；故障處理 目 錄 緒 論 1 一、變頻器的發(fā)展、組成及原理 2 （一）變頻器的概述 2 （二）直流電動機與交流電動機的比較 2 （三）通用變頻器的發(fā)展 3 （四）變頻器的組成與分類 4 （五）變頻器的基本分類 6 (六)變頻器的基本原理 10 （七） 變頻器的前景展望 13 （八）本章小結(jié) 19 二、變頻器工程中的選用 20 （一）變頻器的選擇 20 （二）變頻器的安裝 21 （三）工作環(huán)境的要求 21 （四）本章小結(jié) 22 三、變頻器的維護 23 （一）變頻器外部引起的故障 23 (二)變頻器內(nèi)部引起的故障 24 (三)本章小結(jié) 25 四、 變頻器過電壓故障原因分析及對策 25 (一)變頻器過電壓的危害 25 (二)產(chǎn)生變頻器過電壓的原因 25 (三)過電壓故障處理對策 27 五 、變頻器常見干擾故障分析及對策 30 (一)外界對變頻器的干擾 30 （二）變頻器對周邊設(shè)備的干擾及對策 32 結(jié) 論 36 參考文獻 37 致 謝 38 緒 論 1．變頻器的發(fā)展起步 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展。起初,變頻技術(shù)只局限于變頻不能變壓。20世紀70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代,作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時移相PWM技術(shù)等。 　　VVVF變頻器的控制相對簡單,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 2． 矩陣式交—交變頻器產(chǎn)生的背景 　　矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相——二相變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標反變換,實現(xiàn)對異步電動機的控制。 　　直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型,控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機,因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型。 　　VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進行四象限運行。為此,矩陣式交—交變頻應(yīng)運而生。 一、變頻器的發(fā)展、組成及原理 （一）變頻器的概述 直流調(diào)速系統(tǒng)具有較優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標，因此，在過去很長時期內(nèi)，調(diào)速傳動領(lǐng)域大多為直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。 如今，由于全控型電力電子器件（如BJT、IGBT）的發(fā)展、SWPM專用集成芯片的開發(fā)、交流電動機矢量變換控制技術(shù)以及單片微型計算機的應(yīng)用，使得交流調(diào)速的性能獲得極大的提高，在許多方面已經(jīng)可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是各類通用變頻器的出現(xiàn)，使交流調(diào)速已逐漸成為電氣傳動中的主流 人們所說的交流調(diào)速傳動，主要是指采用電子式電力變換器對交流電動機的變頻調(diào)速傳動。除變頻以外的另一些簡單的調(diào)速方案，例如變極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等，雖然仍在特定場合有一定的應(yīng)用，但由于其性能較差，終將會被變頻調(diào)速所取代。 交流調(diào)速傳動控制技術(shù)之所以發(fā)展得如此迅速，和如下一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進展有關(guān)，它們是電力電子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力變換技術(shù)、交流電動機的矢量變換控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、PWM（Pulse Width Modulation）技術(shù)以及以微型計算機和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)等。 （二）直流電動機與交流電動機的比較 眾所周知，直流調(diào)速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標。在很長的一個歷史時期內(nèi)，調(diào)速傳動領(lǐng)域基本上被直流電動機調(diào)速系統(tǒng)所壟斷。 直流電動機雖有調(diào)速性能好的優(yōu)越，但也有一些固有的難于克服的缺點，主要是機械式換向器帶來的弊端。 交流電動機的優(yōu)點 容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速的上限，不像直流電動機那樣受限制；結(jié)構(gòu)簡單、造價低；堅固耐用，事故率低，容易維護。 （三）通用變頻器的發(fā)展 60年代中期，普通晶閘管、小功率晶體管的實用化，使交流電動機變頻調(diào)速也進入了實用化。采用晶閘管的同步電動機自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)、采用電壓型或電流型晶閘管變頻器的籠型異步電動機調(diào)速系統(tǒng)（包括不屬變頻方案的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速系統(tǒng)）等先后實現(xiàn)了實用化，使變頻調(diào)速開始成為交流調(diào)速的主流 此后的20多年中，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動技術(shù)也隨之取得了日新月異的進步。 （1）變頻裝置的大容量化 對一些大型生產(chǎn)機械的主傳動，直流電動機在容量等級方面已接近極限值，采用直流調(diào)速方案無論在設(shè)計和制造上都已十分困難。 為了適應(yīng)大容量的高壓電動機，采用直接高壓型PWM變頻器來控制高壓電動機，發(fā)展較迅速。 （2）主開關(guān)器件的自關(guān)斷化 近十幾年，大功率自關(guān)斷電力電子器件的發(fā)展十分迅速，其中“門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、雙極晶體管（BJT）/電力晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）”的發(fā)展最快，實用化的程度也最高。 采用自關(guān)斷器件省去了線路復(fù)雜、體積較大的強迫換相電路，既可以減小裝置體積，又降低了開關(guān)損耗提高了效率。同時，由于開關(guān)頻率的提高，變流器可采用PWM控制，既降低諧波損耗、減小轉(zhuǎn)矩脈動，又可以提高快速性、改善功率因數(shù)。優(yōu)點是很多的。據(jù)統(tǒng)計，目前變頻器中的開關(guān)器件，容量為 1500kW以下的采用IGBT；1000～7500kW的采用GTO。 （3）變頻裝置的高性能化 早期的變頻調(diào)速系統(tǒng)，基本上是采用U/F控制，無法得到快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，低速特性也不好（負載能力差）。 1971年德國西門子公司發(fā)明了所謂“矢量控制”技術(shù)。一改過去傳統(tǒng)方式中僅對交流電量的量值（電壓、電流、頻率的量值）進行控制的方法，實現(xiàn)了在控制量值的同時也控制其相位的新控制思想。使用坐標變換的辦法，實現(xiàn)定子電流的磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦控制，可以使交流電動機像直流電動機一樣具有良好的調(diào)速性能。 （4）PWM技術(shù)的應(yīng)用 PWM：（Pulse Width Modulation）脈寬調(diào)制技術(shù)。 自關(guān)斷器件的發(fā)展為PWM技術(shù)鋪平了道路。目前幾乎所有的變頻調(diào)速裝置都采用這一技術(shù)。 PWM技術(shù)用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低電動機的諧波損耗，并減小轉(zhuǎn)矩脈動，同時還簡化了逆變器的結(jié)構(gòu)，加快了調(diào)節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。 PWM技術(shù)除了用于逆變器的控制，還用于整流器的控制。PWM整流器現(xiàn)已開發(fā)成功，利用它可以實現(xiàn)輸入電流正弦和電網(wǎng)功率因數(shù)為1。人們稱PWM整流器是對電網(wǎng)無污染的“綠色”交流器。 （四）變頻器的組成與分類 電壓型變頻器主電路包括：整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分組，交-直-交型變頻器結(jié)構(gòu)見附圖1 （1）整流電路： VD1~VD6組成三相不可控整流橋，220V系列采用單相全波整流橋電路；380V系列采用橋式全波整流電路。 （2）中間濾波電路：整流后的電壓為脈動電壓，必須加以濾波；濾波電容CF除濾波作用外，還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾、提高功率因素，由于該大電容儲存能量，在斷電的短時間內(nèi)電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進行操作。 （3）限流電路：由于儲能電容較大，接入電源時電容兩端電壓為零，因而在上電瞬間濾波電容CF的充電電流很大，過大的電流會損壞整流橋二極管，為保護整流橋上電瞬間將充電電阻RL串入直流母線中以限制充電電流，當(dāng)CF充電到一定程度時由開關(guān)SL將RL短路。 （4）逆變電路： 逆變管V1~V6組成逆變橋?qū)⒅绷麟娔孀兂深l率、幅值都可調(diào)的交流電，是變頻器的核心部分。常用逆變模塊有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)有2單元、4單元、6單元。 （5）續(xù)流二極管D1~D6：其主要作用為： a.電機繞組為感性具有無功分量，VD1~VD7為無功電流返回到直流電源提供通道 b.當(dāng)電機處于制動狀態(tài)時，再生電流通過VD1~VD7返回直流電路。 c.V1~V6進行逆變過程是同一橋臂兩個逆變管不停地交替導(dǎo)通和截止，在換相過程中也需要D1~D6提供通路。 (6)緩沖電路 由于逆變管V1~V6每次由導(dǎo)通切換到截止?fàn)顟B(tài)的瞬間，C極和E極間的電壓將由近乎0V上升到直流電壓值UD，這過高的電壓增長率可能會損壞逆變管，吸收電容的作用便是降低V1~V6關(guān)斷時的電壓增長率。 (7)制動單元 電機在減速時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將可能超過此時的同步轉(zhuǎn)速（n=60f/P）而處于再生制動（發(fā)電）狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓UD不斷上升（即所說的泵升電壓），這樣變頻器將會產(chǎn)生過壓保護，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動電阻就是用來消耗這部分能量的。制動單元由開關(guān)管與驅(qū)動電路構(gòu)成，其功能是用來控制流經(jīng)RB的放電電流IB （五）變頻器的基本分類 變頻器總體分為“交-交變頻器”與“交-直-交變頻器”兩種： 圖？？ 交-交變頻器在結(jié)構(gòu)上沒有明顯的中間直流環(huán)節(jié)（或者叫“中間直流儲能環(huán)節(jié)”、或“中間濾波環(huán)節(jié)”），來自電網(wǎng)的交流電被直接變換為電壓、頻率均可調(diào)的交流電，所以稱為直接式變頻器。 交-直-交變頻器有明顯的中間直流環(huán)節(jié)，工作時，首先把來自電網(wǎng)的交流電變換為直流電，經(jīng)過中間直流環(huán)節(jié)之后，再通過逆變器變換為電壓、頻率均可調(diào)的交流電，故又稱為間接式變頻器。 1.交-直-交變頻器（間接式變頻器）分類 按直流電源的性質(zhì)分類 交-直-交變頻器中間直流環(huán)節(jié)是電容性還是電感性，可以將其劃分為電壓（源）型或電流（源）型。 當(dāng)逆變器輸出側(cè)的負載為交流電動機時，在負載和直流電源之間將有無功功率的交換。用于緩沖無功功率的中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件可以是電容或是電感，據(jù)此，變頻器分成電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。 2.電流型變頻器 電流型變頻器主電路的典型構(gòu)成方式如圖。其特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，無功功率將由該電感來緩沖。 圖 電流型變頻器的主電路 (1)“電流型變頻器”的名稱由來： 由于電感的作用，直流電流Id趨于平穩(wěn)，電動機的電流波形為方波或階梯波，電壓波形接近于正弦波。直流電源的內(nèi)阻較大，近似于電流源，故稱為電流源型變頻器或電流型變頻器。 (2)電流型變頻器優(yōu)點： 電流型變頻器的一個較突出的優(yōu)點是，當(dāng)電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，回饋到直流側(cè)的再生電能可以方便地回饋到交流電網(wǎng)，不需在主電路內(nèi)附加任何設(shè)備，只要利用網(wǎng)側(cè)的不可逆變流器改變其輸出電壓極性（控制角a>900）即可。 (3)應(yīng)用場合： 電流型變頻器可用于頻繁急加減速的大容量電動機的傳動。在大容量風(fēng)機、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。 3.電壓型變頻器 電壓型變頻器典型的一種主電路結(jié)構(gòu)形式如圖所示。其中用于逆變器晶閘管的換相電路未畫出。 變頻器的每個導(dǎo)電臂，均由一個可控開關(guān)器件和一個不控器件（二極管）反并聯(lián)組成。晶閘管VT1～VT6稱為主開關(guān)器件，VD1～VD6稱為回饋二極管。 (1)電路的特點是，中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負載的無功功率將由它來緩沖。 圖 電壓型變頻器的主電路 (2)“電壓型變頻器”的名稱由來： 由于大電容的作用，主電路直流電壓Ed比較平穩(wěn)，電動機端的電壓為方波或階梯波，電流波形與負載的阻抗角有關(guān)。直流電源內(nèi)阻比較小，相當(dāng)于電壓源，故稱為電壓源型變頻器或電壓型變頻器。 (3)按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類 變頻調(diào)速時，需要同時調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓和頻率，以保證電動機主磁通的恒定。對輸出電壓的調(diào)節(jié)主要有兩種方式： PAM：脈沖幅值調(diào)節(jié)（Pulse Amplitude Modulation） PWM：脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation） 脈沖幅值調(diào)節(jié)方式是通過改變直流電壓的幅值進行調(diào)壓的方式。 在PAM變頻器中，逆變器只負責(zé)調(diào)節(jié)輸出頻率，而輸出電壓的調(diào)節(jié)則由相控整流器或直流斬波器通過調(diào)節(jié)直流電壓Ed去實現(xiàn)。 圖 采用直流斬波器的PAM方式 (六)變頻器的基本原理 變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡绷髦虚g電路將直流電進行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉(zhuǎn)換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會在電路內(nèi)加入CPU等部件，來進行必要的轉(zhuǎn)矩運算。 圖 交一直一交變頻器主電路 1.單項橋式逆變器基本的工作原理 S1~S4是橋式電路的4個臂，由電力電子器件及輔助電路組成。 S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo為正。 S1、S4斷開，S2、S3閉合時，負載電壓uo為負。 逆變電路最基本的工作原理 ——改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率 電阻負載時，負載電流io和uo的波形相同，相位也相同。 阻感負載時，io相位滯后于uo，波形也不同。 圖 逆變電路及其波形舉例 換流：電流從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱為換相。 開通：適當(dāng)?shù)拈T極驅(qū)動信號就可使器件開通。 關(guān)斷： ①全控型器件可通過門極關(guān)斷。 ②半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。 ③一般在晶閘管電流過零后施加一定時間反壓，才能關(guān)斷。 ④研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。 2.三相電壓型逆變電路； 三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路,應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路 圖 三相電壓型橋式逆變電路 基本工作方式——180導(dǎo)電方式 每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 。 任一瞬間有三個橋臂同時導(dǎo)通。 每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。 （七） 變頻器的前景展望 近年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流傳動與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向，具有十分積極的意義． 1.變頻器調(diào)速運行的節(jié)能原理 實現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動電路、保護電路以及控制器（MCU／DSP）等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對U／f協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點是能消除或抑制低次諧波，使負載電機在近正弦波的交變電壓下運行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，調(diào)速范圍寬。 采用PWM控制方式的電機轉(zhuǎn)速受到上限轉(zhuǎn)速的限制。如對壓縮機來講，一般不超過7000r／rain。而采用PAM控制方式的壓縮機轉(zhuǎn)速可提高1．5倍左右，這樣大大提高了快速增速和減速能力。同時，由于PAM在調(diào)整電壓時具有對電流波形的整形作用，因而可以獲得比PWM更高的效率。此外，在抗干擾方面也有著PWM無法比擬的優(yōu)越性，可抑制高次諧波的生成，減小對電網(wǎng)的污染。采用該控制方式的變頻調(diào)速技術(shù)后，電機定子電流下降64％ ，電源頻率降低30％ ，出膠壓力降低57％ 。由電機理論可知，異步電機的轉(zhuǎn)速可表示為： n=60f 8（1—8）／p f s為電機定子頻率（也即是電網(wǎng)頻率），P電機定子的繞組極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。由上式可知，只要轉(zhuǎn)差率不太大，可以近似認為轉(zhuǎn)速n與f s成正比，這就意味著連續(xù)平滑的改變電源頻率，就可以實現(xiàn)交流電動機大范圍的連續(xù)平滑調(diào)速。例如一個額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)／分的電動機，由變頻器供電，若啟動頻率設(shè)定為5HZ，那么變頻器可以運行在5—50HZ之間的任一頻率上，則電動機可以運行在30o——3000轉(zhuǎn)／分之間的任一轉(zhuǎn)速上電動機由市電啟動，啟動平衡，力矩大又節(jié)能。 50HZ380V的市電經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)后成為直流電，再經(jīng)過逆變環(huán)節(jié)變成了頻率和幅度都可調(diào)的交流電。在變頻器主回路中電能經(jīng)過了交流— —直流— —交流的變換，所以這類變頻器稱作交— —直—— 交類變頻器。 2. 我國變頻器技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用概況 （1）變頻器的發(fā)展 隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機的維護量加大，單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進展緩慢。在相當(dāng)長的時期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領(lǐng)域。20世紀60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進入逐步代替直流調(diào)速的時代。 （2）我國變頻器的應(yīng)用 變頻器主要用于交流電動機（異步電機或同步電機）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認的交流電動機最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀80年代被引進中國以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 ①、變頻器與節(jié)能 變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在2003年的中國電力消耗中，60—70％為動力電，而在總?cè)萘繛?．8億千瓦的電動機總?cè)萘恐校挥胁坏?000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動負載、具有節(jié)能潛力的電機至少有1．8億千瓦。因此國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。 應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行。以風(fēng)機水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動負載電機一般按最大需求來生產(chǎn)電動機的容量，故設(shè)計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負載的節(jié)能潛力巨大。 作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長，同時，國家電改方案對電廠的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。 ②、變頻器與工藝控制（速度控制） 目前，中國的設(shè)備控制水平與發(fā)達國家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。 ③、變頻家電 除了工業(yè)相關(guān)行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費、提高家電性能、保護環(huán)境等受到越來越多的關(guān)注，變頻家電成為變頻器的另一個廣闊市場和應(yīng)用趨勢。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢。 20世紀70年代,家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機等。 　　20世紀末期期,家用電器則依托變頻技術(shù),主要瞄準高功能和省電。 　　首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機始終處在低速運行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機起動引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調(diào)器使用變頻后,擴大了壓縮機的工作范圍,不需要壓縮機在斷續(xù)狀態(tài)下運行就可實現(xiàn)冷、暖控制,達到降低電力消耗,消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實現(xiàn)靜音化,而且利用高速運行能實現(xiàn)快速冷凍。 　　在洗衣機方面,過去使用變頻實現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機除了節(jié)能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內(nèi)容;電磁烹任器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋子直接發(fā)熱,沒有燃氣和電加熱的熾熱部分,因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。 3. 國內(nèi)變頻技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 國內(nèi)已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠，但大部分的產(chǎn)品都是V／F控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調(diào)速精度和動態(tài)性能要求不高的負載上應(yīng)該沒有問題。工業(yè)應(yīng)用中絕大部分都是這種負載，變頻器在這種場合應(yīng)用最重要的要求是可靠性，國產(chǎn)變頻器占國內(nèi)市場份額不高的主要原因是產(chǎn)品品質(zhì)不過硬。V／F控制和電壓空間矢量控制變頻器比矢量控制變頻器從技術(shù)上來看要簡單得多，由于國內(nèi)廠家大部分都是手工作坊式的生產(chǎn)，工藝欠佳，檢測手段有限，品質(zhì)的一致性和穩(wěn)定性難以保證。同樣是V／F控制的變頻器，國外的產(chǎn)品比國內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)要好，這可能是生產(chǎn)工藝方面的差距。差距最大的是半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)，至今在國內(nèi)這仍是一個空白。 變頻器技術(shù)的另外一個層面是應(yīng)用技術(shù)。多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關(guān)部門致力于變頻器技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，在技術(shù)開發(fā)及技術(shù)改造方面給予了重點扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評測推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向，同時鼓勵單位開展同貸同還方式，抓開發(fā)、抓示范工程、抓推廣應(yīng)用，還處理了風(fēng)機、水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓(xùn)。1995—1997年，3年間我國風(fēng)機、水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投入資金3．5億元，改造總?cè)萘窟_100萬千瓦，可年節(jié)電7億度，平均投資回收期約2年。據(jù)有關(guān)資料表明，我國變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績，每年有數(shù)十億元的銷售額，說明我國的變頻器應(yīng)用已非常廣泛。從簡單的手動控制到基于RS一485網(wǎng)絡(luò)的多機控制，與計算機和PLC聯(lián)網(wǎng)組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動化系統(tǒng)，先進控制與優(yōu)化技術(shù)，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產(chǎn)線、高速造紙生產(chǎn)線、電纜光纖生產(chǎn)線、化纖生產(chǎn)線、建材生產(chǎn)線等，變頻器的作用是電氣傳動控制，其控制的復(fù)雜性、控制精度和動態(tài)響應(yīng)都有很高的要求，已經(jīng)完全取代了直流調(diào)速技術(shù)。近年來，變頻器在功能上，利用先進的控制理論，開發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成更加方便和容易，使變頻器的應(yīng)用技術(shù)提高到一個新的水平。 （八）本章小結(jié) 變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè)，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟利益，同時這也是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要。 二、變頻器工程中的選用 （一）變頻器的選擇 品牌的選擇目前，國內(nèi)市場上的變頻器品牌多達上百種，應(yīng)根據(jù)項目的預(yù)算，項目要求和個人熟悉程度等多種因素綜合考慮品牌和型號。就市場占有量來說，日本的東芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的變頻器生產(chǎn)廠家，在我國有較大的市場份額；ABB、西門子、施耐德等歐美品牌也相繼進入中國；LG、三星、現(xiàn)代重工等韓國的后起之秀也在爭奪中國市場；當(dāng)然，國內(nèi)的臺達、臺安、時代、康沃等公司也占有一席之地?？傮w而言，歐美國家的產(chǎn)品以性能先進、環(huán)境適應(yīng)能力強而著稱；日本產(chǎn)品以外型小巧、功能豐富而聞名；我國港澳臺的產(chǎn)品以功能簡單實用而流行；大陸產(chǎn)品則以價格低廉、功能專用、簡單而廣泛應(yīng)用。 1.類型的選擇 工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專用變頻器兩大類，主要技術(shù)指標有：控制方式、啟動轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制精度、控制信號種類、速度控制方式、通信借口等等。變頻器的操作方式靈活，接口易和上位機通信，從實際應(yīng)用角度看，中小型容量的變頻器以U/f控制方式為主，屬于通用型變頻器，還有一類具有矢量控制功能的變頻器，性能好、價格高，但價格也比U/f控制的要貴的多；而直接轉(zhuǎn)矩控制方式的變頻器動態(tài)性能好，轉(zhuǎn)矩控制精度高，代表了當(dāng)代變頻器技術(shù)的最高水平。 2.其它應(yīng)考慮的問題 （1）選擇合適的容量：應(yīng)以電動機的額定電流和負載特性為依據(jù)，總的負載電流不超過變頻器的額定電流，頻繁工作或重載時可增大容量。 （2）考慮負載的類型：根據(jù)實際負載，存在恒功率負載、恒轉(zhuǎn)矩負載、降轉(zhuǎn)矩負載三種類型。風(fēng)機類、泵類負載屬于降轉(zhuǎn)矩負載特性，一般宜采用具有U/f恒壓頻比控制的變頻器；提升機、吊車、注塑機、運輸機、傳送帶、攪拌機等摩擦類負載和位能負載基本屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器是比較理想的；金屬切削機床的主軸和軋機、造紙機、薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等都屬于恒功率負載，可采用變極電動機與變頻器相結(jié)合或者機械變速與變頻器結(jié)合的方法實現(xiàn)。 （3）專用變頻器：注塑機、抽油機、紡織機械、電梯、風(fēng)機、水泵、空調(diào)、礦山機械等領(lǐng)域，可選擇在本行業(yè)有應(yīng)用特長的專用變頻器，往往有意想不到的效果。 （二）變頻器的安裝 （1）墻掛式安裝：變頻器與周圍物體之間的距離應(yīng)滿足兩個條件：兩側(cè)≥100mm上下≥150mm。 （2）柜式安裝：單臺變頻器安裝應(yīng)盡量采用柜外冷卻方式（環(huán)境比較潔凈，塵埃少時）；單臺變頻器采用柜內(nèi)冷卻方式時，應(yīng)在柜頂安裝抽風(fēng)式冷卻風(fēng)扇，并盡量裝在變頻器的正上方；多臺變頻器安裝應(yīng)盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應(yīng)在兩臺變頻器間加裝隔板，不論哪種方式，變頻器應(yīng)垂直安裝。 （三）工作環(huán)境的要求： 為了保證安全可靠，使用時應(yīng)留有余地。一般，變頻器的工作溫度應(yīng)控制在0~40℃；運行中的環(huán)境溫度允許值多為-10~50℃；周圍環(huán)境的濕度推薦為40%~90%；安裝場所的海拔高度為1000m以下，海拔越高，冷卻效果越差，由1500m開始，每超過100m，容許溫升就下降1%。此外，還應(yīng)注意周圍用電設(shè)備的電磁干擾和因雷擊等自然因素引起的環(huán)境問題。 （四）本章小結(jié) 據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)用電中60%~70%的電量被電動機所消耗，而這些電中，又有約90%被三相交流異步電動機所消耗，可見電動機用量之大。變頻器的出現(xiàn)，使得交流電動機調(diào)速困難、交變速設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率和可靠性不盡人意的缺點得以改善。在我國，變頻器已在各行各業(yè)得到推廣應(yīng)用，基于變頻器的交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速方便、體積小、噪聲小、能耗低、保護功能完善、組態(tài)靈活、可靠性強、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、易維護等特點，每年以20%的遞增量在發(fā)展。因此，合理的使用和維護變頻器對自動化工程人員來說至關(guān)重要。 三、變頻器的維護 變頻器由許多集成芯片，電子元器件等組成，裝置較為復(fù)雜，壽命一般小于10年，使用過程中不可避免的會出現(xiàn)各種故障，正確的維護，簡單的檢修可保證生產(chǎn)生活的正常進行。 （一） 變頻器外部引起的故障 1.變頻器的工作環(huán)境 溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，可安裝散熱裝置并避免日光直射以避免溫度過高；振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，可安裝在振動沖擊較小的部位或者采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等會造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，可對控制柜進行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)。 2.外部的電磁感應(yīng)干擾 外部的電磁感應(yīng)干擾可能會引起控制回路誤動作，造成工作不正?；蛲C，嚴重時甚至損壞變頻器?？刹捎靡韵路椒ㄒ种圃肼暩蓴_:①采用屏蔽線回路②接地端子單獨使用；③縮短控制回路的配線距離④周圍的繼電器、接觸器線圈上加裝RC吸收器；⑤輸入端安裝噪聲濾波器。 3.電源異常 為保證設(shè)備的正常運行，對變頻器供電電源也有相應(yīng)的要求。如果附近有直接起動電動機和電磁爐等設(shè)備，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響。對于要求瞬時停電后仍能繼續(xù)運行的場合，除選擇合適價格的變頻器外，還應(yīng)預(yù)先考慮負載電機的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過速度追蹤和測速電機的檢測來防止在加速中的過電流。對于要求不能停止運行的設(shè)備，要對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。 4.雷擊、感應(yīng)雷電 雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時也能造成變頻器的損壞。此外，當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時，斷路器開閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開時，通過耦合在二次側(cè)形成很高的電壓沖擊尖峰。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當(dāng)使用真空斷路器時，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。如變壓器一次側(cè)有真空斷路器，因在控制順序上應(yīng)在真空斷路器動作前先將變頻器斷開。 (二)變頻器內(nèi)部引起的故障 1.參數(shù)設(shè)置引起的故障 應(yīng)多注意電動機參數(shù)、變頻器控制方式和啟動方式的設(shè)定等，若發(fā)生參數(shù)設(shè)置故障，可根據(jù)故障代碼或產(chǎn)品說明書進行參數(shù)修改，必要時可恢復(fù)出廠值，重新設(shè)置。 2.過電流和過載 如果變頻器一上電就報過流故障，可能是整流橋或逆變管損壞，需予以更換；若去掉電動機不再報警，可能是變頻器和電機間存在斷路；若運行中，出現(xiàn)機械卡死、重載、加速時間設(shè)置過短或負載突變也有可能引起過流，應(yīng)從上述可能性逐一排查。 3.過電壓和欠電壓 過電壓主要體現(xiàn)為電機拖動大慣性負載或多電機拖動同一負載時由于負荷分配不均引起；欠電壓主要由電源電壓過低或缺相、一個直流母線上的電壓過低或欠壓檢測元件出現(xiàn)問題引起，可檢查供電電壓是否正常，更換故障元件或維修相應(yīng)檢測電路 4.過熱故障 應(yīng)注意變頻器的環(huán)境溫度，盡量通風(fēng)，檢查變頻器風(fēng)扇等。 (三)本章小結(jié) 不同廠家對變頻器的操作方法設(shè)定略有差異，但就其工作模式主要有面板操作模式和外部操作模式。要合理使用變頻器，應(yīng)多參考變頻器廠家提供的使用手冊，在實際應(yīng)用中多積累經(jīng)驗。本文后面將具體分析幾個故障。 四、 變頻器過電壓故障原因分析及對策 (一)變頻器過電壓的危害 變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓主要危害在于：（1）引起電動機磁路飽和。對于電動機來說，電壓主過高必然使電機鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機溫升過高；（2）損害電動機絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電機絕緣壽命有很大的影響；（3）對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴重時會引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護。 (二)產(chǎn)生變頻器過電壓的原因 1.過電壓的原因 　　一般能引起中間直流回路過電壓的原因主要來自以下兩個方面： 　?。?）來自電源輸入側(cè)的過電壓 　　通常情況下的電源電壓為380V，允許誤差為-5%-+10%，經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V，個別情況下電源線電壓達到450V，其峰值電壓也只有636V，并不算很高，一般電源電壓不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓等，主要特點是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。 　?。?）來自負載側(cè)的過電壓 　　主要是指由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，即電機處于實際轉(zhuǎn)速比變頻頻率決定的同步轉(zhuǎn)速高的狀態(tài)，負載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能經(jīng)電動機轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的6個續(xù)流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態(tài)，如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導(dǎo)致中間直流回路的電容器的電壓上升。達到限值即行跳閘。 　　2.變頻器負載側(cè)引起過電壓的情況及主要原因 　　從變頻器負載側(cè)可能引起過電壓的情況及主要原因如 　　（1）變頻器減速時間參數(shù)設(shè)定相對較小及未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當(dāng)變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設(shè)定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動電動機的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒下：有能量處理單元或其作用有限，因而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護值，就會出現(xiàn)過電壓跳閘故障。 　　大多數(shù)變頻器為了避免跳閘，專門設(shè)置了減速過電壓的自處理功能，如果在減速過程中，直流電壓超過了設(shè)定的電壓上限值，變頻器的輸出頻率將不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設(shè)定值以下后再繼續(xù)減速。如果減速時間設(shè)定不合適，又沒有利用減速過電壓的自處理功能，就可能出現(xiàn)此類故障。 　?。?）工藝要求在限定時間內(nèi)減速至規(guī)定頻率或停止運行。工藝流程限定了負載的減速時間，合理設(shè)定相關(guān)參數(shù)也不能減緩這一故障，系統(tǒng)也沒有采取處理多余能量的措施，必然會引發(fā)過壓跳閘故障。 　?。?）當(dāng)電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。位能負載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過電壓故障也會發(fā)生。 　?。?）變頻器負載突降。變頻器負載突降會使負載的轉(zhuǎn)速明顯上升，使負載電機進入再生發(fā)電狀態(tài)，從負載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時間內(nèi)能量的集中回饋，可能會中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過電壓故障。 　?。?）多個電機拖動同一個負載時，也可能出現(xiàn)這一故障，主要由于沒有負荷分配引起的。以兩臺電動機拖動一個負載為例，當(dāng)一臺電動機的實際轉(zhuǎn)速大于另一臺電動機的同步轉(zhuǎn)速時，則轉(zhuǎn)速高的電動機相當(dāng)于原動機，轉(zhuǎn)速低的處于發(fā)電狀態(tài)，引起了過電壓故障。處理時需加負荷分配控制?？梢园炎冾l器輸出特性曲線調(diào)節(jié)的軟一些。 　?。?）變頻器中間直流回路電容容量下降 　　變頻器在運行多年后，中間直流回路電容容量下降將不可避免，中間直流回路對直流電壓的調(diào)節(jié)程度減弱，在工藝狀況和設(shè)定參數(shù)未曾改變的情況下，發(fā)生變頻器過電壓跳閘幾率會增大，這時需要對中間直流回路電容器容量下降情況進行檢查。 (三)過電壓故障處理對策 對于過電壓故障的處理，關(guān)鍵一是中間直流回路多余能量如何及時處理；二是如何避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內(nèi)。下面是主要的對策。 　　1.在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過電壓因素 　　對于電源輸入側(cè)有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。 　　2.從變頻器已設(shè)定的參數(shù)中尋找解決辦法 　　在變頻器可設(shè)定的參數(shù)中主要有兩點：是減速時間參數(shù)和變頻器減速過電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負載減速時間時，變頻器減速時間參數(shù)的設(shè)定不要太短，而使得負載動能釋放的太快，該參數(shù)的設(shè)定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負載慣性較大時該參數(shù)的設(shè)定。如果工藝流程對負載減速時間有限制，而在限定時間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設(shè)定變頻器失速自整定功能或先設(shè)定變頻器不過壓情況下可減至的頻率值，暫緩后減速至零，減緩頻率減少的速度。 　　3.通過控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢解決變頻器過電壓問題 　　在很多工藝流程中，變頻器的減速和負載的突降是受控制系統(tǒng)支配的，可以利用控制系統(tǒng)的一些功能，在變頻器的減速和負載的突降前進行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。如對于規(guī)律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側(cè)的不可控整流橋換成半可控或全控整流橋，在減速前將中間直流電壓控制在允許的較低值，相對加大中間直流回路承受饋入能量的能力，避免產(chǎn)生過電壓故障。而對于規(guī)律性負載突降過電壓故障，可利用控制系統(tǒng)如SIEMENS的PLC系統(tǒng)的控制功能，在負載突降前，將變頻器的頻率作適當(dāng)提升，減少負載側(cè)過多的能量饋入中間直流回路，以減少其引起的過電壓故障。 　　4.采用增加泄放電阻的方法 一般小于7.5kW的變頻器在出廠時內(nèi)部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5kW的變頻器需根據(jù)實際情況外加控制單元和泄放電阻，為中間直流回路多余能量釋放提供通道，是一種常用的泄放能量的方法。其不足之處是能耗高，可能出現(xiàn)頻繁投切或長時間投運，致使電阻溫度升高、設(shè)備損壞。 　　5.在輸入側(cè)增加逆變電路的方法 處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加逆變電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。但逆變橋價格昂貴，技術(shù)要求復(fù)雜，不是較經(jīng)濟的方法。這樣在實際中就限制了它的應(yīng)用，只有在較高級的場合才使用。 　　6.采用在中間直流回路上增加適當(dāng)電容的方法 中間直流回路電容對其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當(dāng)增大回路的電容量或及時更換運行時間過長且容量下降的電容器是解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設(shè)計階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來換取過電壓能力的提高。 　　7.在條件允許的情況下適當(dāng)降低工頻電源電壓 　　目前變頻器電源側(cè)一般采用不可控整流橋，電源電壓高，中間直流回路電壓也高，電源電壓為380V、400V、450V時，直流回路電壓分別為537V、565V、636V。有的變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓高達400V以上，對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大，在這種情況下，如果條件允許可以將變壓器的分接開關(guān)放置在低壓檔，通過適當(dāng)降低電源電壓的方式，達到相對提高變頻器過電壓能力的目的。 　　8.多臺變頻器共用直流母線的方法 　　至少兩臺同時運行的變頻器共用直流母線可以很好的解決變頻器中間直流回路過電壓問題，因為任何一臺變頻器從直流母線上取用的電流一般均大于同時間從外部饋入的多余電流，這樣就可以基本上保持共用直流母線的電壓。使用共用直流母線存在的最大的問題應(yīng)是共用直流母線保護上的問題，在利用共用直流母線解決過電壓的問題時應(yīng)注意這一點。 　　變頻器中間直流過電壓故障是變頻器的一個弱點，關(guān)鍵是要分清原因，結(jié)合變頻器本身參數(shù)、控制系統(tǒng)狀況和工藝流程等情況，才能制定相應(yīng)的對策，只要認真對待，該過電壓故障是不難解決的。  五 、變頻器常見干擾故障分析及對策 變頻器作為一種高效節(jié)能的電機調(diào)速裝置，因其較高的性能價格比，在工廠得到了越來越廣泛的應(yīng)用。眾所周知，變頻器是由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，產(chǎn)生無線電干擾電波，它們對周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動對象--電動機帶來不良的影響。同時由于變頻器的使用，電網(wǎng)電源電壓中會產(chǎn)生高次諧波的成分，電網(wǎng)電源內(nèi)有晶閘管整流設(shè)備工作時，會引導(dǎo)電源波形產(chǎn)生畸形。另外，由于遭受雷擊或電源變壓器的開閉，電功率用電器的開閉等，產(chǎn)生的浪涌電壓，也將使電源波形畸變，這種波形畸變的電網(wǎng)電源給變頻器供電時，又將對變頻器產(chǎn)生不良影響。本章將對于上述現(xiàn)象進行了分析并提出了降低這些不良影響的措施。 (一)外界對變頻器的干擾 供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的諧波干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會通過電網(wǎng)的電源電路干擾變頻器。變頻器的輸入電路側(cè)，是將交流電壓變成直流電壓。這就是常稱為"電網(wǎng)污染"的整流電路。由于這個直流電壓是在被濾波電容平滑之后輸出給后續(xù)電路的，電源供給變頻器的實際上是濾波電容的充電電流，這就使輸入電壓波形產(chǎn)生畸變。 　　1.電網(wǎng)中存在各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負載及照明設(shè)備等大量諧波源 　　電源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有這些負荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。例如：當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有較大容量的晶閘管換流設(shè)備時，因晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時間內(nèi)導(dǎo)通，故容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴重失真。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害，從而導(dǎo)致輸入回路擊穿而燒毀。 　　2.電力補償電容對變頻器的干擾 　　電力部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)。在補償電容投入或切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，其結(jié)果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。 　　3.電源輻射傳播的干擾信號 　　電磁干擾(EMI)，是外部噪聲和無用信號在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過電路傳導(dǎo)和以場的形式傳播的[2]即以電磁波方式向空中幅射，其輻射場強取決于干擾源的電流強度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。 　　對于1、2兩項產(chǎn)生的干擾抑制可以在變頻器輸入電路中，串入交流電抗器，它對于基波頻率下的阻抗是微不足道的。但對于頻率較高的高頻干擾信號來說，呈現(xiàn)很高的阻抗，能有效地抑制干擾的作用。對于3項的干擾信號主要通過吸收方式來削弱。變頻器電源輸入端，通常都加有吸收電容。也可以再加上專用的"無線電干擾濾器"，來進一步削弱干擾信號。 （二）變頻器對周邊設(shè)備的干擾及對策 上面已經(jīng)講過變頻器能使輸入電源電壓產(chǎn)生高次諧波。同時，變頻器的輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多高次諧波的成分，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，這些高次諧波對周圍設(shè)備帶來不良的影響。其中，供電電源的畸變，使處于同一供電電源的其他設(shè)備出現(xiàn)誤動作，過熱、噪聲和振動；產(chǎn)生的無線干擾電波給變頻器周圍的電視機、收音機、手機等無線電接收裝置帶來干擾，嚴重時不能正常工作；對變頻器的外部控制信號產(chǎn)生干擾，這些控制信號受干擾后，就不能準確、正常地控制變頻器運行，使被變頻器驅(qū)動的電動機產(chǎn)生噪音，振動和發(fā)熱現(xiàn)象。 　　1.對接在同一電源設(shè)備帶來的干擾 　　當(dāng)變頻器的容量較大時，將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變，通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾傳入其它電路。消除或削弱對接在同一電源的設(shè)備帶來的干擾，可以將變頻器的輸入端串入交流電抗器，在變頻器的整流側(cè)插入直流電抗器。也可以在變頻器電源輸入端插入濾波器，如下圖1所示: 　　LC濾波器是被動濾波器，它由電抗和電容組成對高次諧波的共振回路，從而達到吸收高次諧波的目的。有源濾波器的工作原理是：通過對電流中高次諧波進行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果，輸入與高次諧波成分相位相反的電流來削弱高次諧波的目的。 　　2.對于產(chǎn)生的無線電干擾波 　　目前，變頻器絕大部分是采用PWM控制方法。變頻器輸出信號是高頻的開關(guān)信號，在變頻器的輸出電壓、輸出電流中含有高次諧波，通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，產(chǎn)生無線電干擾波。這些干擾波有的通過電線傳導(dǎo)，有些輻射至空中的電磁波和電場直接輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會干擾變頻器的正常工作。 　　電線傳導(dǎo)的無線電干擾波的抑制，可以采用噪聲濾波變壓器，對高次諧波形成絕緣；插入電抗器，以提高對高次諧波成分的阻抗，在變頻器的輸入端插入濾波器。 　　輻射無線電干擾波的抑制，較傳導(dǎo)無線電干擾波要困難一些。這種無線電干擾的大小，決定于安裝變頻器設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)，和電動機電纜線長短等許多因素有關(guān)?？梢员M量縮短電動機電線，電線采用雙絞措施，減少阻抗；變頻器輸入、輸出線裝入鐵管屏蔽；將變頻器機殼良好地接；變頻器輸入、輸出端串接電抗器，插入濾波器。 　　3.對于產(chǎn)生的噪聲干擾 　　由于變頻器采用了PWM控制方式，變頻器的輸出電壓波形不是正弦波，通過電動機的電流也難免含有許多諧波。變頻器輸出的諧波頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率的共振，在轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大，變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機殼、軸架等諧波在其固有頻率附近的噪聲增大。因此，利用變頻器對電動機進行調(diào)速控制時，電動機繞組和鐵芯由于諧波的成分而產(chǎn)生噪聲。 　　對于噪音的抑制可以采取的措施為: 　　（1）選用以IGBT等為逆變模塊的載波頻率較高的低噪音變頻器。選用變頻器專用電動機，在變頻器與電動機之間串入電抗器，以減少PWM控制方式產(chǎn)生的高次諧波。 　?。?）在變頻器與電動機之間插入可以將輸出波形轉(zhuǎn)換成正弦波的濾波器。 　?。?）選用低噪音的電抗器。 　　4.對于產(chǎn)生的振動干擾 　　采用變頻器對電動機進行調(diào)速控制時，同噪音相同的原因，會使電動機產(chǎn)生振動。特別是較低階的高次諧波所產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩，給電動機的轉(zhuǎn)矩輸出帶來較大的振動。若機械系統(tǒng)與這種振動發(fā)生共振時，其振動就更為嚴重。 　　通常可以采取以下措施減小振動： 　?。?）強化機械結(jié)構(gòu)的剛性，將剛性連接改為強性連接。 　?。?）在變頻器與電動機之間串入電抗器 　　（3）降低變頻器的輸出壓頻比。 　?。?）改變變頻器的載波頻率。 　　在變頻器對電動機進行調(diào)速過程中，如果調(diào)速范圍較大時，應(yīng)先測到機械系統(tǒng)的共振頻率，然后利用變頻器的頻率跳躍功能，避開這些共振頻率。如果轉(zhuǎn)距有余量，可以將U/f給定小些。 　　5.對于導(dǎo)致控制部件電動機過熱的干擾